JPH0216280B2 - - Google Patents

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JPH0216280B2
JPH0216280B2 JP57501680A JP50168082A JPH0216280B2 JP H0216280 B2 JPH0216280 B2 JP H0216280B2 JP 57501680 A JP57501680 A JP 57501680A JP 50168082 A JP50168082 A JP 50168082A JP H0216280 B2 JPH0216280 B2 JP H0216280B2
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ampoule
cadmium telluride
growth
mercury cadmium
acrt
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Piitaa Katsupaa
Jon Jeemuzu Jooji Gosunei
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FUIRITSUPUSU EREKUTORONITSUKU ANDO ASOSHEETETSUDO IND Ltd
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FUIRITSUPUSU EREKUTORONITSUKU ANDO ASOSHEETETSUDO IND Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/46Sulfur-, selenium- or tellurium-containing compounds
    • C30B29/48AIIBVI compounds wherein A is Zn, Cd or Hg, and B is S, Se or Te

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Description

請求の範囲 1 封鎖したアンプル内でテルル化水銀カドミウ
ムの融成物を作る工程と、この融成物から垂直ブ
リツジマン法によりテルル化水銀カドミウム結晶
を成長させる工程とを含むテルル化水銀カドミウ
ム結晶の成長方法において、 テルル化水銀カドミウム結晶を0.1〜2mm/時
間の速度で成長させ、前記テルル化水銀カドミウ
ム結晶の成長中に前記アンプルに周期的な加速ル
ツボ回転プログラムを適用し、このプログラムが
前記アンプルの縦方向の軸線の回りのアンプル回
転速度を加速する工程と前記アンプルの回転速度
を減速する工程とからなることを特徴とするテル
ル化水銀カドミウム結晶の成長方法。
Claim 1. Growth of mercury cadmium telluride crystals comprising the steps of forming a mercury cadmium telluride melt in a sealed ampoule and growing mercury cadmium telluride crystals from the melt by a vertical Bridziman process. In the method, mercury cadmium telluride crystals are grown at a rate of 0.1 to 2 mm/hour, and a periodic accelerated crucible rotation program is applied to the ampoule during the growth of the mercury cadmium telluride crystal, and this program A method for growing mercury cadmium telluride crystals, comprising the steps of accelerating the ampoule's rotational speed about a longitudinal axis and decelerating the ampoule's rotational speed.

2 最高アンプル回転速度を10〜100r.p.m.とし、
アンプル回転速度を5〜40r.p.m./秒で加速およ
び減速する請求の範囲の第1項に記載の方法。
2 The maximum ampoule rotation speed is 10 to 100 r.pm,
A method according to claim 1, wherein the ampoule rotation speed is accelerated and decelerated at 5 to 40 r.pm/sec.

3 アンプルを一方向に回転させる請求の範囲の
第1項または第2項に記載の方法。
3. The method according to claim 1 or 2, wherein the ampoule is rotated in one direction.

4 前記プログラムがアンプル回転速度を零から
所定の回転速度に加速する工程と、アンプルをこ
の所定の回転速度で所定期間回転させる工程と、
回転速度を零に減速する工程と、回転速度を逆方
向において所定の回転速度に加速する工程と、ア
ンプルをこの所定の回転速度で所定期間回転させ
る工程と、アンプル回転速度を零に減速する工程
とからなる請求の範囲の第1項または第2項に記
載の方法。
4 a step in which the program accelerates the ampoule rotational speed from zero to a predetermined rotational speed; and a step in which the ampoule is rotated at the predetermined rotational speed for a predetermined period of time;
A step of decelerating the rotational speed to zero, a step of accelerating the rotational speed in the opposite direction to a predetermined rotational speed, a step of rotating the ampoule at this predetermined rotational speed for a predetermined period of time, and a step of decelerating the ampoule rotational speed to zero. A method according to claim 1 or 2, comprising:

5 アンプルは前記回転速度の減速工程と加速工
程との間で所定期間回転を止めた状態にする請求
の範囲の第2〜4項のいずれか一つの項に記載の
方法。
5. The method according to any one of claims 2 to 4, wherein the ampoule is stopped from rotating for a predetermined period between the step of reducing the rotational speed and the step of accelerating the rotational speed.

6 アンプルの底がほぼ平担である請求の範囲の
第1〜5項のいずれか一つの項に記載の方法。
6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the ampoule has a substantially flat bottom.

7 テルル化水銀カドミウム結晶が式 CdxHg1−xTe(ただし、0.4x0.15)で表
わされる組成を有する請求の範囲の第1〜6項の
いずれか一つの項に記載の方法。
7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the mercury cadmium telluride crystal has a composition represented by the formula CdxHg 1 -xTe (0.4x0.15).

8 テルル化水銀カドミウム結晶を0.5mm/時間
の速度で成長させる請求の範囲の第1〜7項のい
ずれか一つの項に記載の方法。
8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the mercury cadmium telluride crystal is grown at a rate of 0.5 mm/hour.

明細書 本発明は、封鎖したアンプル内でテルル化水銀
カドミウムの融成物を作る工程と、この融成物か
ら垂直ブリツジマン法によりテルル化水銀カドミ
ウム結晶を成長させる工程とを含むテルル化水銀
カドミウム結晶の成長方法に関するものである。
ここに垂直ブリツジマン法とは、融成物を収容す
る封鎖したアンプルを垂直方向に延在する温度勾
配を通して緩徐に降下して前記アンプルの底部で
晶出を開始させる方法を意味するものとする。
Description The present invention provides a mercury cadmium telluride crystal comprising the steps of creating a mercury cadmium telluride melt in a sealed ampoule and growing the mercury cadmium telluride crystal from the melt by a vertical Bridziman process. It concerns how to grow.
Vertical Bridgeman process is understood to mean a process in which a closed ampoule containing a melt is slowly lowered through a vertically extending temperature gradient to initiate crystallization at the bottom of said ampoule.

三成分半導体化合物から半導体装置を製造する
際に、重要な問題は所定の組成範囲内の三成分化
合物結晶を十分な分量作つて所望の特性、例え
ば、赤外線の検出に使用されるテルル化水銀カド
ミウムの場合には所望の電気−光学特性を有する
材料を供給することである。またこの結晶性材料
の有用性もこの材料中の欠陥によつて左右され
る。
In manufacturing semiconductor devices from ternary semiconductor compounds, a key issue is producing sufficient quantities of ternary compound crystals within a given composition range to achieve desired properties, such as mercury cadmium telluride for use in infrared detection. The goal is to provide materials with the desired electro-optical properties. The usefulness of this crystalline material also depends on the defects in the material.

加速ルツボ回転技術(A.C.R.T)はH.J.Scheel
およびSchulz−Duboisによつて「ジヤーナル.
オブ.クリスタル.グロウス(Journal of
Crystal Growth)」(1971)第304−306頁の報
文「Flux Growth of Large Crystals by
Accelerated Crucible−Rotation Technique」
のなかで提案されている。A.C.R.T.は封鎖した
容器内で行われる種々の結晶成長法、例えば、チ
ヨクラルスキー成長法および溶液−フラツクス成
長法で使用されてきた。高温の溶液から結晶を成
長させる際に使用する溶液の高い蒸気圧の問題は
封鎖した容器の使用を必要とし、このことは通常
のかきまぜ技術の使用を妨げる。普通かかる場合
にA.C.R.T.を使用する際の主な改善は核形成を
減少させることにより、かきまぜを行わないで成
長させる場合と較べて、成長する結晶の大きさを
大きくすることである。かきまぜ作用により拡散
境界層の厚さが薄くなるので一層速い安定成長速
度を使用することができる。A.C.R.T.はチヨク
ラルスキー成長において、例えば米国特許第
4040895号明細書に記載されている、ケイ素結晶
中の酸素含有量勾配を制御するために使用されて
きた。
Accelerated Crucible Rotation Technology (ACRT) is HJScheel
and Schulz-Dubois, “Journal.
of. crystal. Growth (Journal of
8 (1971) pp. 304-306, "Flux Growth of Large Crystals by
Accelerated Crucible−Rotation Technique”
It is proposed in ACRT has been used in a variety of crystal growth methods conducted in closed vessels, such as Czyochralski growth and solution-flux growth. The problem of high vapor pressure of the solutions used in growing crystals from hot solutions necessitates the use of closed containers, which precludes the use of conventional stirring techniques. Typically, the main improvement in using ACRT in such cases is to reduce nucleation, thereby increasing the size of the grown crystals compared to growth without agitation. The stirring action reduces the thickness of the diffusion boundary layer so that faster stable growth rates can be used. ACRT is known for example in U.S. Patent No.
It has been used to control oxygen content gradients in silicon crystals, as described in US Pat. No. 4,040,895.

F.V.WaldおよびR.O.Bellは(「ジヤーナル.オ
ブ.クリスタル.グロウス」30(1974)第29−36
頁に)成長中A.C.R.T.を適用したテルル中の溶
液からCdTeを溶液成長させる移動ヒーター法を
記載している。この方法によつて得られた結果は
A.C.R.T.があまり効果の大きいものでないこと
(A.C.R.T.は二つの要因によつて介在物の無い結
晶を得ることができる成長速度を増大できるにす
ぎないこと)を示し、これは特定の実験条件下に
生じた自然対流が既に実際に極めて強いからであ
る。さらに、この方法により成長させたCdTe結
晶が双晶となり、積層欠陥または小傾角結晶粒界
を形成する望ましくない傾向は、A.C.R.T.を使
用した場合でもなお存在することが分つた。
FVWald and ROBell (Journal of Crystal Growth 30 (1974) No. 29-36
(page) describes a moving heater method for solution growth of CdTe from a solution in tellurium with ACRT applied during growth. The results obtained by this method are
We show that ACRT is not very effective (ACRT can only increase the growth rate at which inclusion-free crystals can be obtained due to two factors), which occurs under certain experimental conditions. This is because natural convection is already extremely strong. Furthermore, we found that the undesirable tendency of CdTe crystals grown by this method to twin and form stacking faults or low-angle grain boundaries still exists even when ACRT is used.

添付図面において、 第1図は最初の組成Cd0.19Hg0.81Teを有する融
成物から成長させたCdxHg1-xTeインゴツト中の
CdTeのモル分率xをインゴツトの先端からの距
離Lに対してプロツトしたグラフであり、また 第2図は最初の組成Cd0.19Hg0.81Teを有する融
成物から生成したテルル化水銀カドミウムインゴ
ツトの半径方向の組成変化をλeに対してプロツト
したグラフである。
In the accompanying drawings, FIG .
FIG . 2 is a graph plotting the mole fraction x of CdTe against the distance L from the tip of the ingot , and FIG. 2 is a graph plotting the composition change in the radial direction against λ e .

最初の組成Cd0.19Hg0.81Teを有しアンプル内に
収容され成長中に連続的に2r.p.m.で回転されて
いた融成物から垂直ブリツジマン法により0.5
mm/時間の速度で成長させたテルル化水銀カドミ
ウムのインゴツトは第1図の曲線Aで示されるよ
うな軸線方向組成(CdTe xモル%として示す)
を有する。テルル化カドミウムがテルル化水銀に
関して析出するため、インゴツトの長さに沿つて
組成変化が存在する。狭い組成範囲内の材料が必
要である場合には、この方法により成長させた1
個のインゴツトからのかかる材料の収率は小さ
い。第2図において、曲線Cはこのインゴツトの
テルル化水銀カドミウムの軸線方向の組成変化
Δxを300Kのインゴツトの軸線上のカツトオン
(cut−on)波長λeに対してプロツトしたもので
ある。曲線AとCとを同時に考慮するとこの方法
により成長させた有用な材料の収率が小さいこと
が明らかになる。
0.5 by the vertical Bridziman method from a melt with an initial composition of Cd 0.19 Hg 0.81 Te which was contained in an ampoule and rotated continuously at 2 r.pm during growth.
An ingot of mercury cadmium telluride grown at a rate of mm/hour has an axial composition (expressed as CdTe x mole %) as shown by curve A in Figure 1.
has. There is a compositional variation along the length of the ingot as cadmium telluride precipitates with respect to mercury telluride. When materials within a narrow composition range are required, 1
The yield of such material from a single ingot is small. In FIG. 2, curve C is a plot of the axial composition change Δx of mercury cadmium telluride in this ingot against the axial cut-on wavelength λ e of the 300K ingot. Considering curves A and C together reveals the low yield of useful material grown by this method.

本発明の目的は優れた組成の均一性を有するテ
ルル化水銀カドミウム結晶を成長させる方法を提
供することにある。
It is an object of the present invention to provide a method for growing mercury cadmium telluride crystals with excellent compositional uniformity.

本発明はテルル化水銀カドミウム結晶を0.1〜
2mm/時間の速度で成長させ、前記テルル化水銀
カドミウム結晶の成長中に前記アンプルに周期的
加速ルツボ回転プログラムを適用し、このプログ
ラムが前記アンプルの縦方向の軸線の回りのアン
プル回転速度を加速する工程と前記アンプルの回
転速度を減速する工程とからなることを特徴とす
る。
The present invention uses mercury cadmium telluride crystals from 0.1 to
growing at a rate of 2 mm/hour, applying a periodic accelerating crucible rotation program to the ampoule during growth of the mercury cadmium telluride crystal, which program accelerates the ampoule rotation rate about the longitudinal axis of the ampoule; and a step of reducing the rotational speed of the ampoule.

生成する均一な材料の収率を最適にするには、
最高アンプル回転速度を10〜100r.p.m.とし、ア
ンプル回転速度の加速および減速を5〜40r.p.
m./秒とするのが好ましい。このアンプルは一
方向に回転させることができる。
To optimize the yield of uniform material produced,
The maximum ampoule rotation speed is 10 to 100 r.pm, and the acceleration and deceleration of the ampoule rotation speed is 5 to 40 r.p.
Preferably, it is m./sec. This ampoule can be rotated in one direction.

前記加速ルツボ回転プログラムはアンプル回転
速度を零から所定の回転速度に加速する工程と、
アンプルをこの所定の回転速度で所定期間回転さ
せる工程と、回転速度を零に減速する工程と、回
転速度を逆方向において所定の回転速度に加速す
る工程と、アンプルをこの所定の回転速度で所定
期間回転させる工程と、アンプル回転速度を零に
減速する工程とから構成することができる。アン
プルの回転方向を逆にすることなしに同様なA.
C.R.T.プログラムを使用することができる。ア
ンプルは前記回転速度の減速工程と加速工程との
間で所定期間回転を止めた状態にしておくことが
できる。アンプルの底は、例えば円錐形、ほぼ半
球形または平担な形にすることができる。次表は
本発明方法においてブリツジマンアンプルと共に
使用するのに適したA.C.R.T.プログラムの好適
なシリーズを示すものである。
The accelerated crucible rotation program includes a step of accelerating the ampoule rotation speed from zero to a predetermined rotation speed;
A step of rotating the ampoule at this predetermined rotational speed for a predetermined period of time, a step of decelerating the rotational speed to zero, a step of accelerating the rotational speed in the opposite direction to a predetermined rotational speed, and a step of rotating the ampoule at this predetermined rotational speed. The ampoule rotation speed may be reduced to zero. Similar A without reversing the direction of rotation of the ampoule.
CRT programs can be used. The ampoule can be kept in a state where it stops rotating for a predetermined period between the step of reducing the rotational speed and the step of accelerating the rotational speed. The bottom of the ampoule can be, for example, conical, generally hemispherical or flat. The following table sets forth a preferred series of ACRT programs suitable for use with Bridgeman ampoules in the method of the invention.

【表】 本発明方法は例えば、式CdxHg1-xTe(ただし、
0.4x0.15)で表わされる組成を有するテル
ル化水銀カドミウム結晶を成長させるのに用いる
ことができる。本発明に至る研究中に、垂直ブリ
ツジマン法により成長させたテルル化水銀カドミ
ウム結晶の成長速度が成長した材料の軸線方向お
よび半径方向の組成に及ぼす影響を調べた。この
実験に用いたアンプルは2r.p.m.の一定速度で回
転させ、0.25〜5mm/時間の異なる成長速度を用
いた。遅い成長速度を用いた場合には、実質的に
均一な半径方向の組成の均一性を得ることができ
るが、軸線方向の組成には大きな変化が生ずるこ
とが分つた。速い成長速度では、成長界面の前面
にテルル化水銀が蓄積し、他方遅い成長速度では
生成した液相の混合が生じこれはテルル化水銀に
富んだ層を分散させた。テルル化水銀カドミウム
融成物が常にその全体にわたつて平衡が保たれる
ように適当に混合されている場合には、この融成
物を冷却した際に、融成物組成はCdTe−HgTe
系擬似二成分状態図の液相線に沿つて変化しまた
固体組成は前記状態図の固相線に沿つて変化する
(例えば、J.L.SchmitおよびC.J.Speerschneider、
「インフラレツド.フイジクス」(Infrared
Phys.)(1968)247参照。従つて平衡成長状態
では著しい凝離が常に生じている。テルル化水銀
カドミウム融成物を一端から凍結させた場合に
は、垂直ブリツジマン法におけると同様に、平衡
成長は連続的に変化する軸線方向の固体組成を生
成する。本発明者等はA.C.R.T.プログラムを用
いて平衡成長の生起を招くより一層少ない融成物
の混合を生じさせることにより、テルル化水銀カ
ドミウム結晶を成長させる垂直ブリツジマン法で
は0.1〜0.2mm/時間の成長速度において、従来達
成可能であつたより著しく長い結晶材料の長さに
わたつてほぼ一定の軸線方向および半径方向の組
成の均一性を有するテルル化水銀カドミウム結晶
を生成することができることを見い出した。
[Table] The method of the present invention can be applied, for example, to the formula Cd x Hg 1-x Te (however,
0.4x0.15) can be used to grow mercury cadmium telluride crystals. During the research leading to the present invention, the effect of the growth rate of mercury cadmium telluride crystals grown by the vertical Bridgeman method on the axial and radial composition of the grown material was investigated. The ampoules used in this experiment were rotated at a constant speed of 2 r.pm and different growth rates from 0.25 to 5 mm/h were used. It has been found that when slow growth rates are used, substantially uniform radial composition uniformity can be obtained, but large variations in axial composition occur. At fast growth rates, mercury telluride accumulated in front of the growth interface, while at slow growth rates there was mixing of the resulting liquid phase, which dispersed the mercury telluride-rich layer. If the mercury cadmium telluride melt is properly mixed so that equilibrium is always maintained throughout the melt, when the melt is cooled, the melt composition will be CdTe-HgTe.
The system changes along the liquidus line of the pseudo-binary phase diagram and the solid composition changes along the solidus line of said phase diagram (e.g. JLSchmit and CJSpeerschneider,
"Infrared. Physics"
Phys.) 8 (1968) 247. Significant segregation therefore always occurs under equilibrium growth conditions. If the mercury cadmium telluride melt is frozen from one end, as in the vertical Bridgeman process, equilibrium growth produces a continuously varying axial solid composition. We used the ACRT program to grow mercury cadmium telluride crystals by producing less melt mixing leading to the occurrence of equilibrium growth. We have found that it is possible to produce mercury cadmium telluride crystals with substantially constant axial and radial compositional uniformity over a significantly longer length of crystalline material at speeds than previously achievable.

3〜5μmの範囲および8〜13μmの範囲内の波
長を有する赤外線を用いた場合に所望の電気−光
学特性を有するテルル化水銀カドミウム結晶Cdx
Hg1-xTeの組成は、それぞれ約0.30および約0.21
のx値を有する。所望の特性を有する特定のイン
ゴツト材料からの収率は材料の縦方向の組成分
布、半径方向の組成分布および結晶品質によつて
決まる。
Mercury cadmium telluride crystal Cdx having desired electro-optical properties when using infrared radiation with wavelengths in the range 3-5 μm and in the range 8-13 μm
The composition of Hg 1-x Te is about 0.30 and about 0.21, respectively
has an x value of The yield from a particular ingot material with desired properties depends on the material's longitudinal composition distribution, radial composition distribution, and crystal quality.

本発明に至る研究中にシユミレーシヨン研究を
行つてA.C.R.T.の影響下にブリツジマン結晶成
長法において用いられるアンプル中に存在する流
れを確定した。加速/減速した回転中に生ずる可
能性のある3種のプロセスは通常の対流より速い
プロセスである。過渡的な形態(transient
form)のクエツトの流れは専らアンプルの減速
中に生起し、このタイプの流れは比較的いつぱい
になつているアンプルを用いた場合に著しくな
る。アンプルの急激な減速中に、内側の液体は壁
に接近している外側液体より速やかに回転する。
遠心力が内側液体を壁の方に押しやる結果、容器
壁において融成物の極めて著しい混合が起つて結
晶化度および半径方向の組成の均一性に影響を及
ぼす。クエツトの流れは容器壁において生起する
自然な核形成を減少させる。
During the research leading to the present invention, simulation studies were conducted to determine the flow present in ampoules used in the Bridgeman crystal growth method under the influence of ACRT. Three types of processes that can occur during accelerated/decelerated rotation are those that are faster than normal convection. transient form
quet flow (form) occurs exclusively during deceleration of the ampoule, and this type of flow is significant when relatively full ampoules are used. During rapid deceleration of the ampoule, the inner liquid rotates more rapidly than the outer liquid, which is closer to the wall.
As a result of the centrifugal force forcing the inner liquid towards the walls, very significant mixing of the melt occurs at the vessel walls, affecting the crystallinity and radial composition uniformity. Quet's flow reduces the natural nucleation that occurs on the vessel wall.

アンプル中の液体の加速または減速中に、過渡
的なクエツトの流れのように、液体の螺旋シヤー
(spiralshearing)が生ずるが、この理由は容器
壁に最も接近している液体の回転が内部の液体よ
り速く変化するからである。液体の主体(the
bulk of the liquid)における混合は主としてエ
クマンの流れおよび螺旋シヤーに起因する。
During acceleration or deceleration of liquid in an ampoule, spiral shearing of the liquid occurs, like a transient Couquette flow, because the rotation of the liquid closest to the container wall causes the internal liquid to Because it changes faster. liquid subject (the
Mixing in the bulk of the liquid is primarily due to Ekman flow and helical shear.

エクマン層の流れはアンプルの回転軸線に垂直
に延在する固体の境界面の近くの液体中で生ず
る。アンプルの加速中に、エクマン層がアンプル
の底の直ぐ上に形成し、このエクマン層内に液体
の速い半径方向の流れが存在する。この液体はア
ンプルの側壁に沿つて押し上げられ液体の主体を
通つて比較的緩徐に戻つた後にエクマン層に再び
入る。通常のブリツジマンアンプルの円錐形はア
ンプルの加速または減速のいずれによつても影響
されないよどみ領域を生成する。
Ekman layer flow occurs in the liquid near a solid interface extending perpendicular to the axis of rotation of the ampoule. During acceleration of the ampoule, an Ekman layer forms just above the bottom of the ampoule, and within this Ekman layer there is a fast radial flow of liquid. This liquid is forced up along the side walls of the ampoule and returns relatively slowly through the main body of liquid before re-entering the Ekman layer. The conical shape of a typical Bridgeman ampoule creates a stagnation area that is unaffected by either acceleration or deceleration of the ampoule.

アンプルの加速中には、液体の強い下向きの中
心の流れ、底を横切る速い流れおよび壁を上昇す
る螺旋状の流れが存在する。平担な底を有するア
ンプル内では、底と側壁との接合部に安定な流れ
部分が生ずる。減速中には、底からのマツシユル
ーム形の液体の流れが存在する。従つて一つの
A.C.R.T.サイクル中に液体は垂直方向に大きく
運動する。
During acceleration of the ampoule, there is a strong downward center flow of liquid, a fast flow across the bottom and a spiral flow up the walls. In ampoules with a flat bottom, a stable flow section is created at the junction of the bottom and the side wall. During deceleration, there is a pine room-shaped flow of liquid from the bottom. Therefore one
During the ACRT cycle, the liquid undergoes significant vertical movement.

テルル化水銀カドミウムの成長に際し、エクマ
ンの流れは半径方向のHgTeの凝離を平均化する
傾向がある。A.C.R.T.を使用しない通常のブリ
ツジマンプロセスでは、HgTeは凹んだ液体−固
体界面の底に沈下する傾向がある。
During the growth of mercury cadmium telluride, the Ekman flow tends to average out the radial segregation of HgTe. In the conventional Bridgeman process without ACRT, the HgTe tends to settle to the bottom of the concave liquid-solid interface.

本発明方法を使用してテルル化水銀カドミウム
インゴツトを成長させる場合には、赤外検出器を
作製するのに用いることのできる材料の収率は
A.C.R.T.を用いずにブリツジマン法を使用した
場合に得られる収率の約10倍であることが分つ
た。これは組成の均一性における改善と材料の改
善された結晶品質との両者に起因する。さらに本
発明方法を使用する場合には、双晶化は全く起ら
ずまたテルル化水銀カドミウム結晶を成長させる
従来技術のブリツジマン法を使用した場合より少
ない低傾角結晶粒界が存在することが分つた。
When growing mercury cadmium telluride ingots using the method of the invention, the yield of material that can be used to make infrared detectors is
The yield was found to be about 10 times that obtained when using the Bridgeman method without ACRT. This is due to both the improvement in compositional uniformity and the improved crystalline quality of the material. Furthermore, it has been found that when using the method of the present invention, no twinning occurs and fewer low-angle grain boundaries are present than when using the prior art Bridziman method of growing mercury cadmium telluride crystals. Ivy.

本発明方法により製造した本発明の若干例を実
施例および図面について説明する。図面におい
て、 第3図は揺動炉の概略の縦断面図、 第4図は本発明方法によりテルル化水銀カドミ
ウム結晶を成長させるのに用いる炉の概略の断面
の側立面図、 第5図は第4図に示す炉の縦方向の温度分布
図、 第6図は最初の組成Cd0.12Hg0.88Teを有する融
成物から製造したテルル化水銀カドミウムインゴ
ツトの半径方向の組成変化をλeに対してプロツト
したグラフである。
Some examples of the present invention manufactured by the method of the present invention will be explained with reference to Examples and drawings. In the drawings, FIG. 3 is a schematic vertical cross-sectional view of a rocking furnace, FIG. 4 is a schematic cross-sectional side elevational view of the furnace used for growing mercury cadmium telluride crystals by the method of the present invention, and FIG. is the vertical temperature distribution diagram of the furnace shown in Fig. 4, and Fig. 6 shows the radial composition change of the mercury cadmium telluride ingot produced from the melt having the initial composition Cd 0.12 Hg 0.88 Te . This is a graph plotted against.

実施例 1 垂直ブリツジマン成長法で従来用いられている
円錐形の底を有する長さ300mm、内径13±0.5mm、
壁厚3±0.5mmのシリカアンプル1内に74.2986g
の水銀、10.0285gのカドミウムおよび59.9176g
のテルルを入れた。このアンプル中の装入物は組
成Cd0.19Hg0.81Teに相当したが、水銀が2g不足
していた。アンプル1を排気し、封鎖し、その底
部端に直径10mmのシリカ棒2を封着した。この封
鎖したアンプル1を従来の揺動炉3(第3図に示
す)内に入れた。この揺動炉3はアルミナ炉管4
を具え、この管は両端においてアルミナ栓5,6
で閉塞されており、これらの栓は炉の両端からの
熱損失を減少する作用をした。アンプル1を1時
間で500℃に加熱し、次いでアンプル1の温度を
24時間にわたつて825℃に上昇し、この温度に2
時間維持した。加熱処理中にこの炉を2時間毎に
1サイクルの割合で水平位置の回りに±5゜揺動さ
せて均一な融成物7を形成した。次いでアンプル
1を冷却した。
Example 1 A conical base conventionally used in the vertical Bridgeman growth method, length 300 mm, inner diameter 13 ± 0.5 mm,
74.2986g in silica ampoule 1 with wall thickness 3±0.5mm
of mercury, 10.0285g cadmium and 59.9176g
of tellurium was added. The charge in this ampoule corresponded to the composition Cd 0.19 Hg 0.81 Te, but lacked 2 g of mercury. Ampoule 1 was evacuated and sealed, and a 10 mm diameter silica rod 2 was sealed to its bottom end. This sealed ampoule 1 was placed in a conventional rocking furnace 3 (shown in Figure 3). This rocking furnace 3 has an alumina furnace tube 4
The tube is fitted with alumina plugs 5, 6 at both ends.
These plugs served to reduce heat loss from both ends of the furnace. Heat ampoule 1 to 500℃ for 1 hour, then reduce the temperature of ampoule 1 to
The temperature rises to 825℃ over 24 hours, and the temperature rises to 2
Time was maintained. During the heat treatment, the furnace was rocked ±5° about the horizontal position at a rate of one cycle every two hours to form a uniform melt 7. Ampoule 1 was then cooled.

次いで冷却したアンプル1を垂直に配置された
管状電気炉8に移した(第4図)。炉8はステン
レス鋼管9を具え、この管の上端をセラミツク栓
10で閉鎖した。アンプル1を炉管9の内側に入
れ、シリカ棒2により支持し、この棒を機械的駆
動機構(図示せず)に連結した。この駆動機構は
可変低速モーターと上昇/降下機構とから構成し
た。最初にアンプル1内の全装入物をすべてのテ
ルル化水銀カドミウムが溶融するのに十分な高い
温度になつている炉8内の領域内に配置した。次
いでアンプル1に周期的なA.C.R.T.プログラム
を適用し、このプログラムにおいてアンプルは
16r.p.m./秒の増加速度で静止状態から60r.p.m.
に加速し、60r.p.m.の一定速度に8秒間維持し、
16r.p.m./秒の減少速度で静止状態まで減速し、
回転を止めた状態にして1秒間維持し、16r.p.
m./秒の増加速度で逆方向に60r.p.m.に加速し、
60r.p.m.の一定速度に8秒間維持し、次いで16r.
p.m./秒の減少速度で静止状態まで減速し、回転
を止めた状態に1秒間維持した。次いでこのプロ
グラムを全成長期間にわたつて繰返した。アンプ
ル1を従来の垂直ブリツジマン法におけると同様
に0.5mm/時間の一定速度で降下させた。溶融し
た装入物7はアンプル1の円錐部分の先端でイン
ゴツト11を形成し始め、すべての溶融材料が固
化するまで成長が進行した。インゴツト11は
750℃から700℃まで延在する6℃/mmの温度勾配
を通つた。第5図は垂直炉8の縦方向の温度分布
を示し、これは古典的ブリツジマン温度分布であ
る。
The cooled ampoule 1 was then transferred to a vertically arranged tubular electric furnace 8 (FIG. 4). The furnace 8 was equipped with a stainless steel tube 9 whose upper end was closed with a ceramic stopper 10. Ampoule 1 was placed inside furnace tube 9 and supported by silica rod 2, which was connected to a mechanical drive mechanism (not shown). This drive mechanism consisted of a variable low speed motor and a lifting/lowering mechanism. Initially, the entire charge in ampoule 1 was placed in an area in furnace 8 where the temperature was high enough to melt all the mercury cadmium telluride. Ampoule 1 is then subjected to a periodic ACRT program in which the ampoule
60r.pm from rest with increasing speed of 16r.pm/s
and maintain a constant speed of 60rpm for 8 seconds,
decelerates to standstill at a decreasing speed of 16r.pm/s,
Keep the rotation stopped for 1 second, then turn to 16r.p.
Accelerate in the opposite direction to 60r.pm with increasing speed of m./s,
Maintain constant speed of 60r.pm for 8 seconds, then 16r.pm.
It was decelerated to a stationary state at a decreasing rate of pm/sec and maintained at a stopped rotation for 1 second. This program was then repeated over the entire growth period. Ampoule 1 was lowered at a constant speed of 0.5 mm/hour as in the conventional vertical Bridgeman method. The molten charge 7 began to form an ingot 11 at the tip of the conical portion of the ampoule 1, and growth proceeded until all of the molten material had solidified. Ingot 11 is
A temperature gradient of 6°C/mm extending from 750°C to 700°C was passed. FIG. 5 shows the longitudinal temperature distribution of the vertical furnace 8, which is the classical Bridgeman temperature distribution.

第1図はインゴツトの円錐形先端からの距離L
(mm)によるx(テルル化水銀カドミウムのCdTe
含有量)の軸線方向の変化を示す。曲線Bは特定
のA.C.R.T.プログラムを用いて上述の方法によ
り製造したインゴツトに関するもので、曲線Aは
全成長期間にわたつてアンプルを2r.p.m.の一定
速度で回転させた点のみが異なる対照方法に関す
るものである。第2図は半径方向の組成変化Δx
(CdTeモル%)をスライスの中心におけるカツ
ト−オフ波長λeに対してプロツトしたグラフであ
る。曲線Dは特定のA.C.R.T.プログラムを用い
て上述の方法により製造したインゴツトに関する
もので、曲線Cは対照方法により製造したインゴ
ツトに関するものである。第1および2図から
A.C.R.T.プログラムを用いて成長させた材料は
3〜5μmの範囲に対して有用な材料をかなりの分
量含有するほか、7〜8μmの範囲(20℃におい
て)、即ち77Kにおいて8〜13μmに対して使用す
るのに適当な材料をアンプルが2r.p.m.の一定速
度で回転される同様な垂直ブリツジマン法により
製造したものより著しく多量に含有することが明
らかである。これはA.C.R.T.プログラムを用い
ることにより達成される著しく改善された半径方
向の均一性に起因する。
Figure 1 shows the distance L from the conical tip of the ingot.
x (mercury cadmium telluride CdTe
(content) in the axial direction. Curve B relates to ingots produced by the method described above using a specific ACRT program; curve A relates to a control method that differs only in that the ampoule is rotated at a constant speed of 2 rpm over the entire growth period. It is. Figure 2 shows the radial composition change Δx
(CdTe mol %) is plotted against the cut-off wavelength λ e at the center of the slice. Curve D relates to an ingot produced by the method described above using a specific ACRT program, and curve C relates to an ingot produced by the control method. From figures 1 and 2
Material grown using the ACRT program contains significant amounts of material useful for the 3-5 μm range, as well as useful material for the 7-8 μm range (at 20°C), i.e. 8-13 μm at 77K. It is clear that the ampoules contain significantly more material suitable for the purpose of the present invention than those produced by a similar vertical Bridgeman process in which the ampoules are rotated at a constant speed of 2 rpm. This is due to the significantly improved radial uniformity achieved by using the ACRT program.

実施例 2 アンプル1に6.0551gのカドミウムと、
77.2450gの水銀と、57.2813gのテルルとを装入
した。この装入物は組成Cd0.12Hg0.88Teに相当し
たが、水銀が2g不足していた。異なるA.C.R.
T.プログラムを使用した点を除いて実施例1で
用いたと同様な方法によりこの装入物からインゴ
ツトを製造した。同一の加速および減速(16r.p.
m./秒)および同一の一定回転速度(60r.p.m.)
を用いた。一定速度における回転期間はいずれの
場合にも120秒で、アンプルが回転を止めた状態
にある期間はいずれの場合にも30秒とした。
Example 2 6.0551g of cadmium in ampoule 1,
77.2450g of mercury and 57.2813g of tellurium were charged. This charge corresponded to the composition Cd 0.12 Hg 0.88 Te but lacked 2 g of mercury. different ACRs
Ingots were made from this charge in a manner similar to that used in Example 1, except that the T.T. program was used. Identical acceleration and deceleration (16r.p.
m./s) and the same constant rotational speed (60r.pm)
was used. The rotation period at constant speed was 120 seconds in each case, and the period during which the ampoule stopped rotating was 30 seconds in each case.

第6図は半径方向の組成変化λe(CdTeモル%)
をスライスの中心におけるカツトオフ波長λeに対
してプロツトとしたグラフである。曲線Eは特定
のA.C.R.T.プログラムを用いて上述の方法によ
り製造したインゴツトに関するものであり、曲線
Fは同一の出発組成を用いたがアンプルを全成長
期間にわたつて2r.p.m.の一定速度で回転させる
対照方法により製造したインゴツトに関するもの
である。
Figure 6 shows the composition change in the radial direction λ e (CdTe mol%)
is a graph plotted against the cutoff wavelength λ e at the center of the slice. Curve E relates to ingots produced by the method described above using a specific ACRT program, and curve F uses the same starting composition but with the ampoule rotated at a constant speed of 2 rpm over the entire growth period. This relates to ingots produced by a control method.

実施例 3 使用アンプルが平担な底を有している点を除い
て、A.C.R.T.を使用する実施例2に記載したと
同様な方法を用いた。
Example 3 A method similar to that described in Example 2 using ACRT was used, except that the ampoule used had a flat bottom.

第6図の曲線Gは半径方向の組成変化Δx
(CdTeモル%)をλeに対してプロツトしたグラ
フである。
Curve G in Figure 6 shows the radial composition change Δx
(CdTe mol%) is plotted against λ e .

本発明方法では平担な底を有するアンプルを使
用することにより円錐形の底を有するアンプルを
使用して同様な条件下に成長させた材料と比較し
てテルル化水銀カドミウムの組成の半径方向の均
一性をある程度改善することができることが分
る。
By using ampoules with a flat bottom, the method of the present invention improves the radial composition of mercury cadmium telluride compared to material grown under similar conditions using ampoules with a conical bottom. It can be seen that the uniformity can be improved to some extent.

しかし、かかる改善は、成長期間中2r.p.m.の
一定速度で回転させた同様なアンプルを使用する
場合に対して、円錐形の底を有しA.C.R.T.プロ
グラムを適用したアンプルを使用することによつ
て達成される改善と較べて小さい。
However, such improvement was achieved by using ampoules with a conical bottom and subjected to an ACRT program, as opposed to using similar ampoules rotated at a constant speed of 2 r.pm during the growth period. small compared to the improvement achieved.

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